化工过程分析与合成作业ddns.docx

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1、化工过程程分析与与合成（三级闪闪蒸的模模拟）组员：00815501001155 尹小小莉0815501001144杨秋静静0815501001133 张志志莉0815501001199 罗浩浩 0811501101330 李李家翔0815501001311 杜秦秦一、序贯贯模块法法简介：1. 序贯模块块法的基基本原理理序贯模块块法的基基础是单单元模块块（子程程序），通通常单元元模块与与过程单单元是一一一对应应的。过过程单元元的输入入物流变变量即为为单元模模块的输输入，单单元模块块的输出出即为过过程单元元的输出出物流变变量，单单元模块块是依据据相应过过程单元元的数学学模型和和求解算算法编制制而成

2、的的子程序序。单元元模块具具有单向向性特点点，给定定其输入入物流变变量及参参数可计计算出相相应的输输出物流流变量，但但不能由由输出变变量计算算输入变变量，也也不能由由输入、输输出变量量计算模模块参数数。2. 序贯模块块法的基基本思想想从系统入入口物流流开始，经经过接受受该物流流变量的的单元模模块的计计算得到到输出物物流变量量，这个个输出物物流变量量就是下下一个相相邻单元元的输入入物流变变量。依依次逐个个的计算算过程系系统中的的各个单单元，最最终计算算出系统统的输出出物流。3.序贯贯模块法法的优点点： 与实实际过程程的直观观联系强强；模拟拟系统软软件的建建立、维维护和扩扩充都很很方便，易易于通用

3、用化；计计算出错错时易于于诊断出出错位置置。其主主要缺点点是计算算效率较较低，尤尤其是解解决设计计和优化化问题时时计算效效率更低低。计算算效率低低是由于于序贯模模块法本本身的特特点所决决定的。对对于单元元模块来来说，信信息的流流动方向向是固定定的，只只能根据据模块的的输入物物流信息息计算输输出物流流信息，而而且在进进行系统统模拟过过程中，对对物料、单单元模块块计算、断断裂物流流收敛计计算等，将将进行三三重嵌套套迭代。虽虽然如此此，序贯贯模块法法仍不失失为一种种优秀的的方法。但但在处理理过程中中设计和和优化问问题时，由由于其循循环迭代代嵌套甚甚至可高高达五层层，以至至其求解解效率就就太低了了。二

4、、三级级闪蒸模模拟1、三级级闪蒸过过程如下下图：图1图中入料料流量为为4533.6mmol/h，入入料组成成为丁烷烷30%，戊烷烷40%,己烷烷30%。入料料温度为为1211.1，压力力位17723.7kPPa。三三个闪蒸蒸器的压压力均为为7099.5kkPa。当当闪蒸器器温度分分别为以以下值时时（1） 闪蒸器11: 1106.9闪蒸器22: 998.99闪蒸器33: 1114（2） 闪蒸器11: 1107.2闪蒸器22: 994.00闪蒸器33: 1119.2分别用直直接迭代代法和阻阻尼直接接迭代法法计算气气相和液液相产品品的流量量和组成成。阻尼尼因子分分别取值值为0.5,00.3，-0.2

5、2，-00.3，-0.77，-00.9。依据闪蒸蒸条件设设该闪蒸蒸过程为为理想体体系，三三个闪蒸蒸器均为为等温闪闪蒸过程程，建成成相应的的单元模模块并将将图1绘绘成图22的三级级闪蒸过过程模拟拟模块流流程。按图2所所示的模模拟流程程，对俩俩组闪蒸蒸条件进进行模拟拟计算三级闪蒸蒸过程图2a.流量/（kkmoll/h） 组分流股丁烷戊烷己烷气相产品品液相产品品110.725.3382.0099.2219.33116.8阻尼因子子0.50.30.0-0.22-0.33-0.55-0.77-0.99计算时间间s60402518162335发散b.流量(kkmoll/h) 组分分流股丁烷戊烷己烷气相产品

6、品液相产品品120.615.7779.99101.211.00125.2阻尼因子子0.50.30.0-0.22-0.33-0.55-0.77-0.99计算时间间s188132947870615145从上例可可见，阻阻尼因子子q值的的选取具具有较大大的任意意性和经经验性。119588年Weegsttienn提出了了一种简简便的方方法，可可以弥补补这种阻阻尼因子子取值困困难的弱弱点。用联立模模块法对对三级闪闪蒸过程程进行稳稳态模拟拟一、 建立简化化模型严格单元元模块的的输入流流股变量量向量xx与输出出流股变变量y之之间有严严格模型型：y=G(x)上式的一一阶台劳劳展开式式为：即 ）令，便便可得到到

7、严格模模型的线线性增量量简化模模型：利用上式式分别对对每个过过程单元元写出其其简化模模型：混合器闪蒸器11：闪蒸器22：闪蒸器33：由于混合合器的严严格模型型为线性性模型，且且系统入入料流量量为给定定值，所所以有：把上述线线性简化化模型写写成矩阵阵形式的的迭代格格式，得得到一个个稀疏线线性方程程组：显而易见见，上式式是一个个维数不不高的稀稀疏线性性方程组组。二、 从严格模模块计算算简化模模型的系系数上式的系系数矩阵阵可通过过对严格格模块的的扰动计计算得到到。前面面我们假假定:,也就就得到了了A。而而A是从从一阶台台劳展开开式得到到的。偏偏离点后后便会产产生偏差差，因此此要不断断进行修修正。分别

8、对每每个单元元建立简简化模型型，然后后把单元元简化模模型、联联结方程程、设计计规定方方程集合合到一起起组成过过程系统统的简化化模型，由由于切断断了全部部联结物物流，描描述整个个过程的的系统的的简化模模型方程程数为：如果不考考虑设计计规定方方程，用用线性增增量模型型作为单单元的简简化模型型，则过过程系统统的简化化模型如如下：单元模型型: 联结方程程：把上式写写成矩阵阵形式：对于一个个包括1100各各联结流流股，每每个流股股有8各各组分，十十个设计计规定系系统，其其系统简简化模型型数为：由此可见见对于较较大的系系统简化化方程数数很大，消消去物流流联结方方程，从从而使简简化模型型的维数数大大减减少：

9、此时简化化模型方方程数为为：三、以不不可分割割子系统统为基本本单位建建立简化化模型，回回路切割割方式 （1）将将带有循循环回路路的虚拟拟单元作作为简化化模型的的基本单单位。（2）虚虚拟单元元所包含含的各单单元间的的联结流流股变量量不出现现在简化化模型中中，大大大降低了了简化模模型的维维数。（3）简简化方程程组数为为：（4）一一些简单单的方程程组求解解技术就就可以处处理这样样的流程程模型。 用回路切切割模式式建立三三级闪蒸蒸过程的的线性增增量简化化模型。 最佳切切割物流流是S22 简化线性性模型：用矩阵表表示为：闪蒸模拟拟的面向向方程法法一、 面向方程程法简介介把描述过过程的所所有数学学模型汇汇

10、集在一一起，形形成一个个非线性性方程进进行求解解，即： FF(X, W) =00式中： X-状态态变量向向量 W-决决策变量量向量 F-系统模模型方程程式组，其其中包括括：1) 物性方程程2) 物料，能能量，化化学平衡衡方程3) 过程单元元间的连连接方程程4) 设计规定定方程等等对非线性性方程组组 F（XX）=00用n维线线性方程程组逼近近 F(X) =AXX+B=0该拟线性性方程组组的解 X=-AAB我们可以以通过迭迭代的方方法求XX A(K)XX(K+1)B(KK)即：先假假设X中中的若干干量，即即把非线线形化成成线性的的，再反反算出假假设的量量，判断断Xi(K+11)是否否等于XXi(k

11、k)，如如不等式式Xi=Xi(K+11)，带带入再计计算，直直到他们们两个相相等为止止。二、 面向方程程法在闪闪蒸过程程中的应应用利用线性性方程求求解的分分快法： 上式可可化成以以下三个个小线性性方程： 这样可可以简化化计算量量，我们们在这次次闪蒸模模拟中用用到这种种方法。三、 三级闪蒸蒸过程的的模拟1) 简化某些些参数及及方程对于任意意一个闪闪蒸单元元（以第第一个为为例）基本关系系： 上面面各式可可简化：2）用模模型简化化及相应应求解 1、闪闪蒸过程程基本关关系是如如下：2、以上上可用分分块矩阵阵形式表表示：a) X1,XX2，XX(赋初初值)看看作已知知值，假假设一个个L1，则则：用上式求

12、求出未知知值，再再算出LL1进行行迭代，最最终求出出所有未未知变量量。b) 算出的YY01，YY02，YY03，带带入4），55），66），114），求求出里面面的未知知变量c) 算出的YY01，YY02，YY03，带带入7），88），99），114），求求出闪蒸蒸器2的的参数 d)把把以上各各参数带带入100），111），112），113），反反算S22，X11，X22，X33，与假假设进行行比较，若若相差大大于1EE3，则则把算出出的X11，X22，X33当初值值代入，一一次计算算直到AAbs(Xi(K+11)XXi(KK)1e3为止止。3）气体体产品组组成四、面向向方程法法的求解解框图五、计算算结果1) 程序循环环结果：2) 最终气液液相组成成